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直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì),線性電源設(shè)計(jì)

454398 ? 2018-09-20 20:12 ? 次閱讀

直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì),線性電源設(shè)計(jì)

關(guān)鍵字:穩(wěn)壓電源

stabilized voltage supply是穩(wěn)壓電源的英文名,這是一種能夠?yàn)樨?fù)載設(shè)備提供穩(wěn)定的交流電源或者直流電源的電子裝置,由此我們知道穩(wěn)壓電源的兩大分類分別是交流穩(wěn)壓電源跟直流穩(wěn)壓電源。其中,直流穩(wěn)壓電源就是指能夠?yàn)樨?fù)載裝置提供直流電源的一種電子裝置,本文將重點(diǎn)來(lái)為大家介紹這種穩(wěn)壓電源,在接下來(lái)的文章中,小編將會(huì)從直流穩(wěn)壓電源的分類及兩種具體的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)來(lái)介紹,相信對(duì)大家學(xué)習(xí)穩(wěn)壓電源的相關(guān)知識(shí)是很有幫助的!
直流穩(wěn)壓電源有時(shí)候又被稱作直流穩(wěn)壓器,它的供電電壓基本上都是交流電壓,不管交流供電電源的電壓或是負(fù)載電阻發(fā)生任何變化,穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)始終保持穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)壓器的參數(shù)有紋波系數(shù)、響應(yīng)速度和電壓穩(wěn)定度等等。
直流穩(wěn)壓電源從工作方式上可分為:
①可控整流型。用改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出電壓。
②斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓,以改變開(kāi)關(guān)電路的通斷比得到單向脈動(dòng)直流,再經(jīng)濾波后得到穩(wěn)定直流電壓。
③變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng)逆變器變換成高頻交流電,再經(jīng)變壓、整流、濾波后,從所得新的直流輸出電壓取樣,反饋控制逆變器工作頻率,達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。
經(jīng)整流濾波后輸出的直流電壓,雖然平滑程度較好,但其穩(wěn)定性仍比較差。經(jīng)整流濾波后的直流電壓必須采取一定的穩(wěn)壓措施才能適合電子設(shè)備的需要。常用的直流穩(wěn)壓電路有并聯(lián)型和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路兩種類型。
下面介紹硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電源和晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案。
一、硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電源
1、電路原理分析
圖3-1-1是硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源。其中D1是穩(wěn)壓二極管,R1是限流電阻,R2是負(fù)載。由于D1與R2是并聯(lián),所以稱并聯(lián)穩(wěn)壓電路。此電路必須接在整流濾波電路之后,上端為正下端為負(fù)。由于穩(wěn)壓管D1反向?qū)〞r(shí)兩端的電壓總保持固定值,所以在一定條件下R2兩端的電壓值也能夠保持穩(wěn)定。
下面我們來(lái)分析一下具體工作原理
假設(shè)設(shè)輸入電壓為UI,當(dāng)某種原因?qū)е耈I升高時(shí),UD1相應(yīng)升高,有穩(wěn)壓管的特性可知UD1上升很小都會(huì)造成ID1急劇增大,這樣流過(guò)R1上的IR1電流也增大,R1兩端的電壓UR1會(huì)上升,R1就分擔(dān)了極大一部分UI升高的值,UD1就可以保持穩(wěn)定,達(dá)到負(fù)載上電壓UR2 保持穩(wěn)定的目的。這個(gè)過(guò)程可用下面的變化關(guān)系圖表示:
UI↑→UD1↑→ID1↑→IR1↑→UR1↑→UD1↓
相反的,如果UI下降時(shí),可用下面的變化關(guān)系圖表示:
UI↓→UD1↓→ID1↓→IR1↓→UR1↓→UD1↑
通過(guò)前面的分析可以看出,硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中,D1負(fù)責(zé)控制電路的總電流,R1負(fù)責(zé)控制電路的輸出電壓,整個(gè)穩(wěn)壓過(guò)程由D1和R1共同作用完成。
2、元件選擇
下面我們來(lái)看看已知負(fù)載電壓UR1和負(fù)載電流IR1時(shí)如何設(shè)計(jì)硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源。
(1)初選穩(wěn)壓管D1
一般情況下,可以按照UD1=UR2和ID1≈(IR2)max來(lái)初步選定穩(wěn)壓管D1,如果負(fù)載有可能開(kāi)路則應(yīng)選擇(ID1)max≈(2-3)(IR2)max,這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)載時(shí)所有電流全部都會(huì)流過(guò)D1,所以ID1應(yīng)該適當(dāng)選擇大一點(diǎn)。。
(2)選定輸入電壓
一般可選擇UI=(2-3)UR2
(3)選定限流電阻R1
R1=(UI-UR2)/(ID1+IR2)
但是需要考慮兩種極限情況:
當(dāng)UI最大,且負(fù)載開(kāi)路時(shí)(即IR2=0),流過(guò)D1的電流最大。為了不超過(guò)D1的最大允許電流(ID1)max,需要有足夠大的電流電阻,否則會(huì)燒壞D1。則R1需要滿足:
當(dāng)UI最小,且負(fù)載電流最大時(shí),流過(guò)D1的電流最小。為了保證此時(shí)D1能夠工作在擊穿區(qū)起到穩(wěn)壓的作用,要有一定的電流流過(guò)D1,一般取5mA-10mA。則R1需要滿足:
R1<((UI)min-UR2)/(ID1+(IR2)max)
R1>((UI)max-UR2)/ ID1)max
限流電阻R1的值應(yīng)該在上面兩個(gè)公式的范圍內(nèi)選擇。
(4)檢查電路穩(wěn)定度
電路穩(wěn)定度需要根據(jù)實(shí)際電路的要求來(lái)確定,如果穩(wěn)定度不夠,可以適當(dāng)增加R1和UI,還可以選擇動(dòng)態(tài)電阻r比較小的穩(wěn)壓管。
二、晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源
1、電路原理分析
圖3-1-2是晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源。其中T1是調(diào)整管、D1是基準(zhǔn)穩(wěn)壓管,R1是D1的限流電阻,R2是限流電阻,R3是負(fù)載。這個(gè)穩(wěn)壓電路的輸出電壓約等于穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值(實(shí)際上要加上T1發(fā)射結(jié)電壓,一般鍺管取0.3V,硅管取0.7V)。
這是由于電源在工作時(shí),T1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通,發(fā)射極電壓與基極電壓保持一致,而基極電壓被D1穩(wěn)定在一個(gè)固定值。這個(gè)電路可以看作T1將D1的穩(wěn)壓作用放大了β倍,相當(dāng)于接入一個(gè)穩(wěn)壓值為D1穩(wěn)壓值,穩(wěn)壓效果為β倍D1穩(wěn)壓效果的穩(wěn)壓管。
電路工作原理是:
UI↑→UD1↑→(UT1)EC↑→(IT1)EC↑→IR2↑→UR2↑→(UT1)EC↓
UI↓→UD1↓→(UT1)EC↓→(IT1)EC↓→IR2↓→UR2↓→(UT1)EC↑
2、元件選擇
這個(gè)電路選擇元件的步驟與硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路類似,主要從下面幾個(gè)方面考慮。
(1)初選調(diào)整管T1和穩(wěn)壓管D1
選擇調(diào)整管T1時(shí),主要考慮其額定電流ICM要大于輸出電流IO,以保證負(fù)載開(kāi)路時(shí)調(diào)整管不會(huì)因?yàn)殡娏鬟^(guò)大而損壞。另外,為了保證調(diào)整管有良好的調(diào)整作用,還要求β值大、漏電流小。
選擇穩(wěn)壓管D1時(shí),主要考慮其穩(wěn)定電壓與T1發(fā)射結(jié)電壓之和要等于輸出電壓。
(2)選定輸入電壓
為保證穩(wěn)壓電源的效率,輸入電壓一般不要選擇過(guò)高,以不超過(guò)2 UI為宜。
(3)選定限流電阻R2
對(duì)于并聯(lián)穩(wěn)壓電路而言,限流電阻R2是整個(gè)電路工作好壞的關(guān)鍵。R2選擇大,穩(wěn)壓效果較好,但功耗大(因?yàn)殡娮韫腜=I2R),同時(shí)要求輸入電壓增大,電源的效率就比較低。具體計(jì)算方法可參考硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路元件選擇的第三步。
(4)檢查電路穩(wěn)定度
整個(gè)電路的穩(wěn)定度需要根據(jù)實(shí)際電路的要求來(lái)確定,如果穩(wěn)定度不夠,可以適當(dāng)增加R1和UI,還可以選擇β值較大、漏電流較小的調(diào)整管。
3、使用復(fù)合調(diào)整管的并聯(lián)穩(wěn)壓電源
圖3-1-3是一種使用復(fù)合調(diào)整管的并聯(lián)穩(wěn)壓電源,與圖3-1-2電路最大的區(qū)別是將調(diào)整管改為符合管結(jié)構(gòu),這樣既可以得到較大的β值,又能夠有較大的ICM。元件選擇時(shí)可采用與圖3-1-2類似的方法,但是由于這個(gè)電路的電流較大,要注意限流電阻R1選擇時(shí)除考慮阻值外還要考慮其功率。以免負(fù)載斷路時(shí)燒壞限流電阻。
4、并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點(diǎn)
并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn):
·在負(fù)載變化小時(shí),穩(wěn)壓性能比較好。
·對(duì)瞬時(shí)變化的適應(yīng)性較好。
·有過(guò)載自保護(hù)性能,輸出斷路時(shí)調(diào)整管不會(huì)損壞。
并聯(lián)穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn):
·輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很小。
·穩(wěn)定度不易做得很高。
·效率較低,特別是輕負(fù)載時(shí),電能幾乎全部消耗在限流電阻和調(diào)整管上。
其實(shí)并聯(lián)穩(wěn)壓電源的這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于串聯(lián)穩(wěn)壓電源而言,都可以通過(guò)采用一些特殊的電路實(shí)現(xiàn)。但是并聯(lián)穩(wěn)壓電源的這些固有的缺點(diǎn)卻很難改進(jìn),所以現(xiàn)在普遍使用的都是串聯(lián)穩(wěn)壓電源。
以上就是小編為您介紹的有關(guān)直流穩(wěn)壓電源的一些知識(shí),相信通過(guò)小編的講解,大家對(duì)直流穩(wěn)壓電源都有所了解了吧。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,目前直流穩(wěn)壓電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域的直流供電中,其中不乏國(guó)防、科研、工礦企業(yè)、實(shí)驗(yàn)室等。
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